劉亮

[摘要]太陽(yáng)能是一種可再生新資源，太陽(yáng)能發(fā)電是直接將光能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式，光伏發(fā)電是太陽(yáng)光發(fā)電的主流，利用太陽(yáng)能級(jí)半導(dǎo)體電子器件，有效吸收太陽(yáng)光輻射能，轉(zhuǎn)變成電能。光伏發(fā)電具有不確定性和隨機(jī)性，使供電也出現(xiàn)較大幅度的隨機(jī)性變化，系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生瞬時(shí)功率就會(huì)大幅波動(dòng)，影響供電質(zhì)量、供電的穩(wěn)定性和可靠性。將儲(chǔ)能技術(shù)引入光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為平抑光伏出力的波動(dòng)提供可能，光伏發(fā)電站要維持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，滿足出力波動(dòng)性的要求，需要合理選擇儲(chǔ)能容量。

[關(guān)鍵詞]經(jīng)濟(jì)成本;光伏電站;儲(chǔ)能容量配置

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2019.08

光伏發(fā)電有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，儲(chǔ)能裝置發(fā)揮著重要的作用，對(duì)于維持系統(tǒng)的穩(wěn)定、電力的品質(zhì)和保證能量備用有重要的意義。因此在考慮經(jīng)濟(jì)成本和電網(wǎng)調(diào)度要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)化光伏電站儲(chǔ)能容量配置十分必要。本次基于經(jīng)濟(jì)成本的問(wèn)題提出成本經(jīng)濟(jì)函數(shù)，考慮儲(chǔ)能電池的容量問(wèn)題、充放電最大功率的約束，以及調(diào)度計(jì)劃，可以滿足出力波動(dòng)性的限制，也能夠保證光伏電站的經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，確定最優(yōu)儲(chǔ)能容量，為光伏電站的儲(chǔ)能配置提供參考。

1 ?儲(chǔ)能電池的容量?jī)?yōu)化

本次對(duì)儲(chǔ)能電池容量配置的優(yōu)化，目的是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)也是以滿足調(diào)度要求的基礎(chǔ)為基礎(chǔ)。本次研究構(gòu)建成本函數(shù)，同時(shí)考慮光儲(chǔ)能站棄電能量和儲(chǔ)能電池的成本問(wèn)題。光伏電站出力和參考出力波動(dòng)的最大值依據(jù)調(diào)度中心的要求，對(duì)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，滿足經(jīng)濟(jì)成本的需求，獲得最小投資下的最優(yōu)儲(chǔ)能容量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。

由于儲(chǔ)能電池容量的限制，以及最大充放電功率的約束，光儲(chǔ)電站在發(fā)電時(shí)必然會(huì)出現(xiàn)能量的損失[1-2]，損失主要包括：第一，在電池充電狀態(tài)下，t時(shí)間充滿儲(chǔ)能電池，不能繼續(xù)充入多余，只能舍棄。這部分舍棄的能量為S1。公式表示為：

第二，電池充電的t時(shí)刻，當(dāng)實(shí)測(cè)出力和參考出力的差值高于，最大充電功率是儲(chǔ)能電池充電的限制條件，超出部分不能沖入，就需要舍棄這部分表示為S2。公式表示為：。

第三，在電池放電狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到放電深度，放電停止，多余電能就要舍棄。這部分舍棄的電能為S3。公式表示為。

第四，當(dāng)實(shí)測(cè)出力和參考出力的差值低于-，放電受到最大放電功率的約束，超出部分就不能釋放，只能舍棄，這部分舍棄的電能為S4[3]。公式表示為：

儲(chǔ)能電池放電深度用D表示，儲(chǔ)能額定容量用E表示，儲(chǔ)能電池放電深度取值0.3，公式為。

光伏電站出力波動(dòng)需要平抑，電池儲(chǔ)能技術(shù)不同，就會(huì)有不同的平抑效果，計(jì)算綜合成本，運(yùn)行和維護(hù)成本用COM表示，投資成本用表示，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為E，儲(chǔ)能系統(tǒng)最大輸出功率為Pmax。公本文考慮到建設(shè)成本的問(wèn)題，儲(chǔ)能電池使用釩電池，充電效率為0.7，投資成本和運(yùn)行維修成本COM之和，就是儲(chǔ)能電池的成本C。[4]目標(biāo)函數(shù)為儲(chǔ)能電池成本和棄電能量之和，公式為：。最大充放電的功率、儲(chǔ)能容量、光儲(chǔ)出力波動(dòng)性是目標(biāo)函數(shù)的約束條件。

儲(chǔ)能容量約束表示為：。

出力波動(dòng)性約束表現(xiàn)為光儲(chǔ)聯(lián)合出力和參考出力之差，以表示置信水平，最大波動(dòng)允許值表示為，t時(shí)間光儲(chǔ)聯(lián)合出力表示為，約束條件表示為：

最大充放電功率的約束條件表示為：。

2 ?算例分析

依據(jù)NREL光伏觀測(cè)站的一日實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，使用735個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行二次擬合。出力參考值從中獲取。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性的要求，計(jì)算最優(yōu)的儲(chǔ)能容量。進(jìn)行算例分析，假設(shè)有光伏電站的總裝機(jī)容量為25MW，為5MW，為5MW，Wc和Wd分別為0.7，D為0.3，a1和a2分別為1，b1和b2分別是4和0.33。計(jì)算在不同波動(dòng)性約束條件下，經(jīng)濟(jì)型函數(shù)和最佳的儲(chǔ)能容量。實(shí)際出力和參考出力都有較大的波動(dòng)性，要平抑出力波動(dòng)需要使用儲(chǔ)能裝置。隨著儲(chǔ)能容量的增加，棄電能量不斷下降，隨著儲(chǔ)能容量的增加，儲(chǔ)能成本也不斷上升，隨著儲(chǔ)能容量的增加，目標(biāo)函數(shù)顯示先減少然后增加。通過(guò)優(yōu)化算法，能夠保證經(jīng)濟(jì)成本和最佳的儲(chǔ)能容量。顯示，平均每天電池滿充滿放大約兩次，曲線波動(dòng)小的同時(shí)也可以保證電池的壽命。

假設(shè)在光伏電站調(diào)度中心中，要求波動(dòng)性為5%和10%，使用同樣的方法對(duì)兩種情況進(jìn)行優(yōu)化，以最佳儲(chǔ)能容量為基礎(chǔ)，計(jì)算其經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)函數(shù)，保證其經(jīng)濟(jì)成本。在不同波動(dòng)性下，計(jì)算系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果，5%波動(dòng)性約束條件下，儲(chǔ)能成本為7.55萬(wàn)美元，棄電損失2.55萬(wàn)美元，最佳儲(chǔ)能容量為3.42 MW。在10%波動(dòng)性約束條件下，儲(chǔ)能成本為7.24萬(wàn)美元，棄電損失2.63萬(wàn)美元，最佳儲(chǔ)能容量為3.38MW。在沒(méi)有波動(dòng)性約束條件下，儲(chǔ)能成本為7.13萬(wàn)美元，棄電損失2.71萬(wàn)美元，最佳儲(chǔ)能容量為3.29MW。對(duì)出力波動(dòng)性的要求越小，棄電損失也會(huì)減少，光儲(chǔ)聯(lián)合出力與出力參考值越接近。但同時(shí)需要的最佳儲(chǔ)能容量增加，儲(chǔ)能成本也會(huì)上升，相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)就會(huì)有更大的波動(dòng)性，降低儲(chǔ)能電池的壽命[5]。

總之，在基于經(jīng)濟(jì)成本的條件下，分析光伏電站儲(chǔ)能容量的配置，依據(jù)經(jīng)濟(jì)性和儲(chǔ)能容量的選擇，提出相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)。通過(guò)算例反映出本次使用的優(yōu)化模型能夠達(dá)到相應(yīng)的效果，在保證系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)，盡可能將輸出功率平滑輸出，將現(xiàn)有電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度和光伏出力相結(jié)合，提升對(duì)光伏出力的接納能力。波動(dòng)性越小，最佳儲(chǔ)能容量越大，光儲(chǔ)電站的經(jīng)濟(jì)性也越差。

參考文獻(xiàn)：

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